專利名稱：一種雙核兩自由度中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及兩自由度自動錫焊機(jī)器人自動控制系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是涉及一種雙核兩自由度中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器。
背景技術(shù)：
錫焊機(jī)器人作為新型的自動化的錫焊工具，直接將機(jī)器人變?yōu)橹苯由a(chǎn)力，它在改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式的同時，提高生產(chǎn)率及對市場的適應(yīng)能力方面也顯示出極大的優(yōu)越性，并且它將人從惡劣危險的工作環(huán)境中替換出來，進(jìn)行文明生產(chǎn)，這對促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步都具有重大意義，但是現(xiàn)有的錫焊機(jī)器人在實際的生產(chǎn)過程中還存在有很多問題:
(I)現(xiàn)有的錫焊機(jī)器人的主控芯片多是8位的單片機(jī)，計算能力不夠，導(dǎo)致焊接系統(tǒng)運行速度較慢，(2)現(xiàn)有的錫焊機(jī)器人采用步進(jìn)電機(jī)，其本體一般都是多相結(jié)構(gòu)，控制電路需要采用多個功率管，使得其控制電路相對比較復(fù)雜，并且增加了控制器的價格，并且多相之間的來回切換，使得系統(tǒng)的脈動轉(zhuǎn)矩增大，不利于系統(tǒng)動態(tài)性能的提高，步進(jìn)電機(jī)，使得系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的機(jī)械噪聲大大增加，不利于環(huán)境保護(hù)，(3)錫焊機(jī)器人在焊點間的頻繁點焊，要頻繁的剎車和啟動，加重了單片機(jī)的工作量，單一的單片機(jī)無法滿足自動錫焊機(jī)器人快速啟動和停止的要求，由于受周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，單片機(jī)控制器經(jīng)常會出現(xiàn)異常，引起錫焊機(jī)器人失控，抗干擾能力較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種自動化程度高、工作效率高、錫焊精確度高、出錫速度和出錫長度易于控制、對焊點的二次修補效果更好的雙核兩自由度中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器。為解決上述技術(shù)問 題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是:提供一種雙核兩自由度中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器，包括:電源單元、雙核控制單元、圖像采集處理單元和錫焊控制單元，所述雙核控制單元包括相連的數(shù)字信號處理芯片和運動控制芯片，所述錫焊控制單元包括二維錫焊控制電機(jī)和出錫量控制電機(jī)，所述電源單元、圖像采集處理單元和錫焊控制單元皆與所述雙核控制單元相連，所述錫焊控制單元還與所述圖像采集處理單元相連。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述雙核控制單元設(shè)有雙緩沖結(jié)構(gòu)，所述雙緩沖結(jié)構(gòu)包括主寄存器和工作寄存器，所述主寄存器和工作寄存器與所述圖像采集處理單元相連。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述電源單元包括交流電源和電池，所述電池為鋰離子電池。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器還包括檢測單元，所述檢測單元包括溫度檢測和電壓檢測，所述檢測單元與所述雙核控制單元相連。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述檢測單元還包括電流檢測，所述電流檢測與所述雙核控制單元相連。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述檢測單元還設(shè)有中斷請求控制，所述中斷請求控制與所述圖像采集處理單元相連。在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述二維錫焊控制電機(jī)和出錫量控制電機(jī)皆為帶有512線光電編碼器的永磁直流伺服電機(jī)。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明雙核兩自由度中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器自動化程度高、動作的精確度高、工作效率高、有效保護(hù)了大電流對電池的沖擊、送錫溫度和長度易于控制、對焊點的二次修補效果更好。


圖1是本發(fā)明雙核兩自由度中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器一較佳實施例的控制流程示意 附圖中各部件的標(biāo)記如下:1、電源單元；11、交流電源；12、鋰離子電池；2、雙核控制單元；21、數(shù)字信號處理芯片；22、運動控制芯片；23、主寄存器；24、工作寄存器；3、圖像采集處理單元；4、錫焊控制單元；41、二維錫焊控制電機(jī)；42、出錫量控制電機(jī)；5、檢測單元；51、溫度檢測；52、電壓檢測；53、電流檢測；54、中斷請求控制。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。請參閱圖1，一種雙核兩自由度中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器，包括:電源單元1、雙核控制單元2、圖像采集處理單元3和錫焊控制單元4,所述雙核控制單元2包括相連的數(shù)字信號處理芯片21和運動控`制芯片22，所述錫焊控制單元4包括二維錫焊控制電機(jī)41和出錫量控制電機(jī)42，所述電源單元1、圖像采集處理單元3和錫焊控制單元4皆與所述雙核控制單元2相連，所述錫焊控制單元4還與所述圖像采集處理單元3相連。二維錫焊控制電機(jī)41為用于控制錫焊頭在二維上運動的X電機(jī)和Y電機(jī)，出錫量控制電機(jī)42是用于控制出錫量和出錫速度的Z電機(jī)。本實施例中所述數(shù)字信號處理芯片21采用C2000平臺上的定點32位數(shù)字信號處理芯片21，運行時鐘可達(dá)150MHz，處理性能可達(dá)150MIPS，每條指令周期6.67ns，IO 口豐富，對用戶一般的應(yīng)用來說足夠了，兩個串口。具有12位的O 3.3v的AD轉(zhuǎn)換等。具有片內(nèi)128kX16位的片內(nèi)FLASH，18K X 16位的SRAM，一般的應(yīng)用系統(tǒng)可以不要外擴(kuò)存儲器。加上獨立的算術(shù)邏輯單元，擁有強(qiáng)大的數(shù)字信號處理能力。此外，大容量的RAM被集成到該芯片內(nèi)，可以極大地簡化外圍電路設(shè)計，降低系統(tǒng)成本和系統(tǒng)復(fù)雜度，也大大提高了數(shù)據(jù)的存儲處理能力。所述的運動控制芯片22是一款用于精密運動控制的專用芯片，有24腳和28腳二種表面安裝式封裝，在一個芯片內(nèi)集成了數(shù)字式運動控制的全部功能，使得設(shè)計一個快速、準(zhǔn)確的運動控制系統(tǒng)的任務(wù)變得輕松、容易，它有以下特性:工作頻率為6MHz和8MHz，工作溫度范圍為_40°C +85°C，使用5V電源，32位的位置、速度和加速度存器，8位分辨率的PWM脈寬調(diào)制輸出，16位可編程數(shù)字PID控制器，內(nèi)部的梯形速度發(fā)生器，該芯片可實時修改速度、目標(biāo)位置和PID控制參數(shù)，實時可編程中斷，可編程微分項采樣間隔，對增量碼盤信號進(jìn)行四倍頻，可設(shè)置于速度或位置伺服兩種工作狀態(tài)。錫焊機(jī)器人接通電源后，X電機(jī)、Y電機(jī)同時工作將烙鐵和出錫管自動移動到初始化點，此時圖像采集處理單元3開啟，自動校正出錫管與起始點的對準(zhǔn)位置。使得錫焊初始位置精準(zhǔn)。另外，所述雙核控制單元2設(shè)有雙緩沖結(jié)構(gòu)，所述雙緩沖結(jié)構(gòu)包括主寄存器23和工作寄存器24，所述主寄存器23和工作寄存器24與所述圖像采集處理單元3相連。另外，所述電源單元I包括交流電源11和電池，所述電池為鋰離子電池12。另外，所述中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器還包括檢測單元5，所述檢測單元5包括溫度檢測51和電壓檢測52，所述檢測單元5與所述雙核控制單元2相連。溫度檢測51用于檢測錫焊機(jī)器人錫焊作業(yè)時的焊錫溫度，有效控制烙鐵溫度和錫焊的溫度，保證錫焊機(jī)器人工作的穩(wěn)定性和精確度。另外，所述檢測單元5還包括電流檢測53，所述電流檢測53與所述雙核控制單元2相連，檢測錫焊機(jī)器人的工作電流，避免錫焊機(jī)器人工作電流太大，造成錫焊機(jī)器人的損傷。另外，所述檢測單元5還設(shè)有中斷請求控制54，所述中斷請求控制54與所述圖像采集處理單元3相連。另外，所述二 維錫焊控制電機(jī)41和出錫量控制電機(jī)42皆為帶有512線光電編碼器的永磁直流伺服電機(jī)，使得錫焊機(jī)器人的運算精度大大提高，效率也相對較高。再如圖1所示，錫焊機(jī)器人的工作流程如下:
(O打開電源，自動傳送裝置把安裝在夾具上的加工部件自動傳送到工作區(qū)域。(2)在打開錫焊機(jī)器人的電源瞬間，電壓檢測52會對電源電壓來源進(jìn)行判斷，當(dāng)確定是鋰離子電池12供電時，如果鋰離子電池12電壓低壓的話，將禁止運動控制芯片22工作，X電機(jī)、Y電機(jī)和Z電機(jī)不能工作，同時電壓檢測52將工作，錫焊機(jī)器人會發(fā)出低壓報警信號。運動控制芯片22的PID控制及運動控制類指令采用雙緩沖結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)首先由數(shù)字 目號處理芯片21與入主寄存器23,只有在與入相關(guān)命令后主寄存器23的數(shù)據(jù)才能進(jìn)一步裝入工作寄存器24，這樣很容易實現(xiàn)兩自由度伺服運動的任意控制，也使得兩自由度的同步控制成為可能。(3) X電機(jī)、Y電機(jī)同時工作將烙鐵和出錫管自動移動到初始化點，此時圖像采集處理單元3開啟，自動校正出錫管與起始點的對準(zhǔn)位置。在錫焊機(jī)器人運動過程中，數(shù)字信號處理芯片21會時刻儲存所經(jīng)過的距離和經(jīng)過的焊點，并根據(jù)這些距離信息由數(shù)字信號處理芯片21計算得到相對下一個焊點，錫焊機(jī)器人X電機(jī)和Y電機(jī)要運行的距離、速度和加速度，數(shù)字信號處理芯片21然后與運動控制芯片22通訊，傳輸這些參數(shù)給運動控制芯片22，然后由運動控制芯片22生成速度運動梯形圖，這個梯形包含的面積就是錫焊機(jī)器人X電機(jī)和Y電機(jī)要運行的距離，然后再根據(jù)光電編碼盤信息生成控制X電機(jī)和Y電機(jī)運行的Pmi波和運動方向信號。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定焊點位置后，烙鐵在設(shè)定時間內(nèi)開始對焊點進(jìn)行加熱，在加熱期間，數(shù)字信號處理芯片21會對焊點信息和烙鐵溫度進(jìn)入二次確認(rèn)，然后轉(zhuǎn)化為用于控制出錫量和出錫速度的Z電機(jī)需要運行的距離、速度和加速度以及PID等預(yù)設(shè)參數(shù)，數(shù)字信號處理芯片21把這些參數(shù)傳輸給運動控制芯片22，然后由運動控制芯片22生成出錫速度運動梯形圖，這個梯形包含的面積就是錫焊機(jī)器人Z電機(jī)要運行的距離，然后在根據(jù)光電編碼盤信息生成控制Z電機(jī)運行的PWM波和運動方向信號。因此，數(shù)字信號處理芯片21根據(jù)錫焊機(jī)器人在焊點中的具體位置與設(shè)定位置的對比，經(jīng)數(shù)字信號處理芯片21計算后送相應(yīng)的加速度、速度和位置數(shù)據(jù)等給運動控制芯片22的梯形圖發(fā)生器作為參考值，由梯形圖計算出自動錫焊機(jī)器人需要更新的實際加速度、速度和位置信號。(4)在運動過程中如果錫焊機(jī)器人發(fā)現(xiàn)焊點距離或者出錫量控制出現(xiàn)死循環(huán)，將向數(shù)字信號處理芯片21發(fā)出中斷請求，數(shù)字信號處理芯片21會對中斷做第一時間響應(yīng)，如果數(shù)字信號處理芯片21的中斷響應(yīng)沒有來得及處理，錫焊機(jī)器人的X電機(jī)、Y電機(jī)和Z電機(jī)將原地自鎖，防止誤操作。在錫焊過程中，一旦圖像采集處理單元3發(fā)現(xiàn)有任何位置的焊點出現(xiàn)質(zhì)量問題，圖像采集處理單元3的存儲器記錄下當(dāng)前位置信息，然后數(shù)字信號處理芯片21根據(jù)錫焊機(jī)器人在焊接部件的具體位置，計算得到并送相應(yīng)的加速度、速度和位置數(shù)據(jù)等給運動控制芯片22的梯形圖發(fā)生器作為參考值，由梯形圖計算出自動錫焊機(jī)器人到達(dá)更新點需要的實際加速度、速度和位置信號，然后控制X電機(jī)、Y電機(jī)到達(dá)指定位置，然后數(shù)字信號處理芯片21根據(jù)圖像采集處理單元3的結(jié)果控制Z電機(jī)對焊點進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)完成后再回到存儲器當(dāng)初寄存下的位置，重新繼續(xù)原有的工作。在錫焊過程中，一旦圖像采集處理單元3發(fā)現(xiàn)烙鐵頭存有大量的殘錫，圖像采集處理單元3的存儲器記錄下當(dāng)前位置信息，然后數(shù)字信號處理芯片21根據(jù)錫焊機(jī)器人在焊接部件的具體位置，·通過圖像采集處理單元3幫助X電機(jī)和Y電機(jī)把錫焊機(jī)器人移動到清洗處，然后自動清洗烙鐵，完畢后調(diào)取相應(yīng)的位置信息，重新回到存儲焊點，重新新的工作。(5)為了方便錫焊工作系統(tǒng)加入了從人機(jī)界面上設(shè)置的中斷請求控制54，如果在錫焊過程中讀到了自動暫停點，數(shù)字信號處理芯片21會控制運動控制芯片22以最大的加速度停車，中斷請求控制54使錫焊機(jī)器人的運動自動暫停并存儲當(dāng)前信息，直到數(shù)字信號處理芯片21讀到再次按下“開始”按鈕信息才可以使運動控制芯片22重新工作，并調(diào)取存儲信息使錫焊機(jī)器人從自動暫停點可以繼續(xù)工作。(6)當(dāng)完成整個加工部件的錫焊運動后，Z電機(jī)會抽回已經(jīng)移出錫線盒的焊錫，然后控制錫焊機(jī)器人走出運動軌跡。錫焊機(jī)器人根據(jù)新的錫焊部件具體位置，重新設(shè)定位置零點，等待新的工作。本發(fā)明雙核兩自由度中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器克服了單一單片機(jī)不能滿足兩自由度錫焊機(jī)器人行走的穩(wěn)定性和快速性的要求，舍棄了現(xiàn)有錫焊機(jī)器人所采用的單一單片機(jī)工作模式，自主發(fā)明了基于數(shù)字信號處理芯片和運動控制芯片的全新控制模式?？刂瓢逡赃\動控制芯片為處理核心，實現(xiàn)數(shù)字信號的實時處理，把數(shù)字信號處理芯片從復(fù)雜的工作當(dāng)中解脫出來，實現(xiàn)部分的信號處理算法和運動控制芯片的控制邏輯，并響應(yīng)中斷，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和存儲實時信號，并且通過圖像采集處理單元，能夠幫助錫焊初始化定位和發(fā)現(xiàn)故障點，大大提高錫焊機(jī)器人的自動化程度。區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明雙核兩自由度中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器通過雙核控制器和圖像采集處理單元，提高了錫焊機(jī)器人的自動化程度、工作效率和動作的精確度、有效保護(hù)了大電流對電池的沖擊、送錫溫度和長度易于控制、電機(jī)的調(diào)速范圍寬、調(diào)速平穩(wěn)、對焊點的二次修補效果更好。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種雙核兩自由度中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器，其特征在于，包括電源單元、雙核控制單元、圖像采集處理單元和錫焊控制單元，所述雙核控制單元包括相連的數(shù)字信號處理芯片和運動控制芯片，所述錫焊控制單元包括二維錫焊控制電機(jī)和出錫量控制電機(jī)，所述電源單元、圖像采集處理單元和錫焊控制單元皆與所述雙核控制單元相連，所述錫焊控制單元還與所述圖像采集處理單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙核兩自由度中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器，其特征在于，所述雙核控制單元設(shè)有雙緩沖結(jié)構(gòu)，所述雙緩沖結(jié)構(gòu)包括主寄存器和工作寄存器，所述主寄存器和工作寄存器與所述圖像采集處理單元相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙核兩自由度中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器，其特征在于，所述電源單元包括交流電源和電池，所述電池為鋰離子電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙核兩自由度中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器，其特征在于，所述中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器還包括檢測單元，所述檢測單元包括溫度檢測和電壓檢測，所述檢測單元與所述雙核控制單元相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙核兩自由度中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器，其特征在于，所述檢測單元還包括電流檢測，所述電流檢測與所述雙核控制單元相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙核兩自由度中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器，其特征在于，所述檢測單元還設(shè)有中斷請求控制，所述中斷請求控制與所述圖像采集處理單元相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙核兩自由度中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器，其特征在于，所述二維錫焊控制電機(jī)和出錫量控制電機(jī)皆為帶有512線光電編碼器的永磁直流伺服電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙核兩自由度中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器，包括電源單元、雙核控制單元、圖像采集處理單元和錫焊控制單元，所述雙核控制單元包括相連的數(shù)字信號處理芯片和運動控制芯片，所述錫焊控制單元包括二維錫焊控制電機(jī)和出錫量控制電機(jī)，所述電源單元、圖像采集處理單元和錫焊控制單元皆與所述雙核控制單元相連，所述錫焊控制單元還與所述圖像采集處理單元相連。通過上述方式，本發(fā)明雙核兩自由度中速全自動錫焊機(jī)器人伺服控制器自動化程度高、動作的精確度高、工作效率高、送錫溫度和長度易于控制。
文檔編號B25J9/18GK103252782SQ20131016540
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月8日
發(fā)明者張好明, 王應(yīng)海 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院